Thiết kế khung ủi với lưỡi ben quay lắp trên máy cơ sở komatsu d575a3

YÊU CẦU: MỘT BẢN THUYẾT MINH GỒM: Chương I: xác định các thông số cơ bản của lưỡi ủi vạn năng: Chương II: thiết lập mối quan hệ giữa chiều sâu cắt ứng với các góc dốc khác nhau: Chương I

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI HÀ NỘI

KHOA MÁY XÂY DỰNG VÀ THIẾT Ị THUỶ LỢI



ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY THUỶ LỢI

ĐỀ BÀI:

Thiết kế khung ủi với lưỡi ben quay lắp trên máy cơ sở komatsu D575A-3

SỐ LIỆU CHO TRƯỚC:

Máy cơ sở: komatsu D575A-3

Máy làm việc ớ đất cấp II

Kiểu khung ủi quay (vạn năng)

YÊU CẦU: MỘT BẢN THUYẾT MINH GỒM:

Chương I: xác định các thông số cơ bản của lưỡi ủi vạn năng:

Chương II: thiết lập mối quan hệ giữa chiều sâu cắt ứng với các góc dốc khác nhau:

Chương III: xác định các lực tác dụng lện máy ủi:

Chương IV: tính chọn sơ bộ hệ thống thuỷ lực:

Chương V: tính bền kung ủi:

BẢN VẼ:

Một bản vẽ tổng thể toàn máy: A0 :

Một bản vẽ lắp: A1 :

LỜI NÓI ĐẦU

Máy xây dựng nói chung và máy xây dựng Thuỷ lợi nói riêng đóng vaitrò quan trọng trong công tác xây dựng cũng như xây dựng thuỷ lợi, đặc biệt

là công tác làm đất.Vì công trình thuỷ lợi thường có khối lượng lớn, công táclàm đất chiếm 60 ÷ 80% khối lượng công trình nên việc cơ giới hoá côngtác làm đất là quan trọng và cần thiết

Máy làm đất gồm các loại máy làm đất có công dụng chung như máy

ủi, san, đào và máy thuỷ lợi có công dụng riêng (máy thuỷ lợi chuyêndùng).Trong đó, máy ủi được sử dụng rộng rãi, nó có thể dùng để san mặtbằng công trình, định hình mặt đường, san phẳng, đào đắp các công trình cóchiều cao ±3m Hiện nay có rất nhiều chủng loại và số lượng máy đượcnhập vào nước ta từ các nước Nga, Nhật, Mỹ Tuy nhiên các máy đó khôngđáp ứng được hoàn toàn yêu cầu công tác đất rất đa dạng của nước ta

Để sử dụng đạt hiệu quả cao nhất chúng ta phải nắm vững kỹ thuật, tínhnăng của máy,đồng thời còn phải cải tiến hợp lý, thiết kế, chế tạo, các bộcông tác của các loại máy, cho phù hợp với điều kiện nước ta và thuận tiệncho việc thay thế sửa chữa khi bị hỏng

Đồ án môn học “Máy thuỷ lợi” với đề tài “Thiết kế khung ủi với lưỡi

ben quay” đã giúp em hiểu rõ hơn phần lý thuyết đã học đồng thời vận

dụng được nhiều hơn các kiến thức của các môn cơ sở cũng như chuyênngành.Tuy nhiên, trong quá trình làm đồ án, do còn thiếu kiến thức thực tếnên đồ án của em không tránh khỏi những sai sót Em kính mong các thầy côgiáo trong bộ môn xem xét giúp đỡ em để em có thể sửa chữa trong đồ án tốtnghiệp sau này

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Vũ Văn Thinh, thầy giáo Hồ Sỹ Sơn đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án môn học này.

Hà Nội ngày 23 tháng 9 năm 2007

NGUYỄN TRUNG BIÊN

CHƯƠNG I: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN

CỦA LƯỠI ỦI VẠN NĂNG

I: CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY CƠ SỞ KOMATSU D575A-3

1: một số kích thước cơ bản máy:

2: các thông số về động học - động lực học:

Trọng lượng toàn bộ máy ủi cơ sở (komatsu D575A-3)

GMU = 152600 (Kg) = 1526 (KN)Trọng lượng máy kéo:

GMK = 114580(Kg) = 1145,8(KN)Vận tốc:

Công suất máy cơ sở:

NCS = 858 (KW)Lực kéo lớn nhất ở vận tốc số một:

T1 = 1400 (KN)

II: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA LƯỠI ỦI VẠN NĂNG:

1: Chiều cao lưỡi ủi:

Chiều cao lưỡi ủi được xác định thông qua lực kéo và điều kiện nền đất Trong tính toán sơ bộ máy ủi, chiều cao lưỡi ủi có thể xác định từ công thức thực nghiệm sau:

Đối với lưỡi ủi quay (lưỡi ủi vạn năng) xác theo công thức:

T T

3 3

450 0,1 0,5

450 0,1 1215 0,5 12151621,3( )

2: xác định chiều dài lưỡi ủi

Chiều dài lưỡi ủi yêu cầu phải phủ kín chiều ngang của máy kéo cơ sở, và thừa ra mỗi bên ít nhất là 100(mm) Đối với lưỡi ủi vạn năng chiều dài có thể xác định theo công thức

3: xác định góc cắt δ:

Góc cắt ảnh hưởng tới việc tiêu hao năng lượng cho quá trình đào δ càng nhỏ thì lực cản cắt càng nhỏ, nhưng độ bền càng kém vì vậy thông thường người ta lấy: δ = 500  550 ta chọn δ=550

4: xác định góc nhọn β:

Góc nhọn β xác định đặc tính thay đổi áp lực riêng của lưỡi lên đất theo mức đọ mài mòn mép cắt góc β càng nhỏ thì diện tích mép cắt bị mòn tăng chậm, lực cắt nhỏ nhưng độ bền giảm thông thường β≥200 chọn β = 250 5: xác định góc cắt sau α:

Xác địng theo điều kiện làm việc của máy ủi, không được nhỏ hơn góc lên dốc và xuống dốc của nền thi công α càng nhỏ thì masát giữa lưỡi và đất càng lớn, do đó α = 30 350 chọn α = 300

6: góc lệch lưỡi ủi ϕ:

Xác định xuất phát từ điều kiện yêu cầu vận chuyển đất về một phía Khi ϕ

thay đổi thì trọng tâm của máy cũng thay đổi Thông thường ϕ = 55  600 ta chọn ϕ = 600

Do đó đối với lưỡi ủi vạn năng có thể lấy ψ = 70750 chọn ψ = 75

9: xác định góc đặt lưỡi ủi ε:

Là góc giữa đường nối mép cắt với mép trên lưỡi ủi( không kể tấm chắn )vàphương nằm ngang ε càng nhỏ thì đất có thể tràn qua lưỡi ủi ε lớn thì làm xấu đi chuyển động của đất theo lưỡi ủi lên phía trên, làm tăng khả năng dính bám của đất và tiêu tốn năng lượng do đó gười ta chọn ε = 750

10: xác định chiều dài phần thẳng a:

Là phần chịu mòn nhiều nhất, có ảnh hưởng lớn tới việc tách đất, phụ thuộc vào điều kiện lien kết với lưỡi cắt Thông thường người ta lấy

a = 150  200(mm) chọn a = 200 11: xác định bán kính cong lưỡi ủi R:

Bán kính cong phải đảm bảo lực masát giữa đất và lưỡi ủi là nhỏ nhất Ta cóthể xác định bán kính cong theo công thức

a sin

1650 200 sin 55

1785, 4 cos55 cos 75

H R R

(0,1 0, 25) ( ) (0,1 0, 25)1650 165 412,5( )

CHƯƠNG II: THIẾT LẬP MỐI QUAN HỆ GIỮA CHIỀU SÂU CẮT

ỨNG VỚI CÁC GÓC DỐC KHÁC NHAU

I: TÍNH LỰC CẢN KHI MÁY KÉO LÀM VIỆC

Xét lực cản của máy ủi trong trường hợp tổng quát nhất, khi máy ủi vạn năng làm việc trên dốc với góc dốc α Khi đó lực cản bao gồm 5 thành phần sau

L - chiều dài lưỡi cắt L = 6000 (mm)

h - chiều dầy trung bình của lát cắt

Trong đó: f2 - hệ số ma sát giữa đất và đất tra bảng 1-5 trang 15 MTL ta được f2 = 0,70,8 chọn f2 = 0,8.

γ - trọng lượng riêng của đất tra bảng 1-2 trang 12 MTL ứng với đất cấp II ta được γ = 15,7  17,1(KN/m3) chọn γ = 16 (KN/m3)

α - góc dốc làm việc của máy

Vd - thể tích khối đất trước lươpĩ ủi

2

d

a

L H V

2

3

( ) 2

Thay vào ta có

3 3

0,1 1145,8 cos (1145,8 168)sin 114,58cos 1313,8sin ( )

II: THIẾT LẬP MỐI QUAN HỆ h VÀ α

Mối quan hệ giữa h va α được thiết lập từ điều kiện làm việc được của máy

Đó là lực kéo của máy ủi phải thắng được lực cản lớn nhất khi máy làm việc,tức

CHƯƠNG III: TÍNH LỰC TÁC DỤNG LÊN MÁY ỦI.

I: TRỌNG LƯỢNG BỘ LƯỠI ỦI.

Trọng lượng bộ lưỡi ủi được xác định dựa trên điều kiện cắt đất đối với máy ủi komassu D575A-3 thì việc cắt đất được điều khiển bằng hệ thống thuỷ lực, do đó việc lựa chon trọng lượng bộ lưỡi ủi phải đảm bảo điều kiện bền GU > GUmin

0

c U

P l W r G

0 ,

1 min

0

1 min

c U

U

P l f r G

l

k x L l f r G

II: PHẢN LỰC CỦA ĐẤT TÁC DỤNG LÊN BỘ CÔNG TÁC

Ở đây ta xét phản lực của đất trong trường hợp nặng nhọc nhất Đó là khi lưỡi ủi bị va vấp vào chướng ngại vật, máy ủi chuyển động mà không khắc phục nổi như tảng đá, gốc cây…đồng thời lưỡi ben lệch so với phương dọc trục 1 góc ϕ≠ 900, khi đó có thể phân tích thành 3 thành phần chính

t MK U bmac mac

mac t

mac

t mac

tg P

Và

1 d 1 1

2 902,5 1805( )

t mac

2: LỰC CẢN CẮT THEO PHƯƠNG PHÁP TUYẾN P 2

P2 Được xác định từ lực cản cắt tiếp tuyến theo công thức

1 3

sin

sin sin 55

sin 35 5639,7( )

II: LỰC NÂNG Ở CÁN PITTÔNG.

Ta tính lực nâng ở cán pittông theo 2 trường hợp

1: lực đẩy của xilanh thuỷ lực ở đầu quá trình cắt

Được xác định từ phương trình mômen của các lực tác dụng lên bộ lưỡi

ủi đối với điểm C

n mac

p l p r G l S

P =K • •L x

K, - hệ số cản cắt theo phương P02 tra bảng 7-4 trang 200 MTL ta được K, = 1,2 ÷ 2 MPa chọn K, = 2 MPa = 2000 (KN)

, 02

1 02 01 0 ( )

1 ( ) 1 ( )

r S

1145,8 2,8 50 (5, 2 2,7)

6,5 2,7 900,8( )

N

od N od N

P l P r G l S

r S

l0

l

B A

γ - trọng lượng riêng của đất γ = 16 (KN/m3)

Ktx - hệ số tơi xốp tra bảng 1-2 trang 12 MTL ta có

2

0 2

2

2 1,65

F - diện tích mặt trượt giữa khối đất được nâng lên cùng bàn ủi

và phần còn lại trong khối đất lăn trước bàn ủi, xác định gần đúng theo công thức

S

50 5, 2 188,7 6 195 6,5 463, 4 6,5 1805 1 S

50 5, 2 188, 6 6 195 6,5 418 6,5 1805 1

4 2580

od

II od II od

G l G l l P l P r S

r S

CHƯƠNG IV: TÍNH BỀN KHUNG ỦI

Để tính bền khung ủi ta xét máy ủi làm việc ở điều kiện nặng nhọc nhất

Đó là vị trí mà trong quá trình nâng lưỡi ủi ra khỏi chiều sâu cắt gặp chướng ngại, điểm tựa của chướng ngại ở mép ngoài, đồng thời máy đang chuyển động

Để xác định phản lực chưa biết ở khớp C , chúng ta lập các phương trìnhcân bằng lực tác dụng lên bộ lưỡi ủi

3 1

θ

θ G Sin Cos

S b

l P

=

1 2 1 1 1

1 3

2

.

.

θ θ

θ

θ

Sin P Cos P Sin G Cos S b

l P

3 1

θ

θ G Cos Sin

S b

m P

Z c − + n − u

=

1 2 1 1 1

1 3

2

.

.

θ θ

θ

θ

Cos P Sin P

Cos G Sin S b

m P

ứng với : P3 = 352 (KN) tính toán trên (trang 12)

l1 = 6,5(m)

b : đo trên máy cơ sở ta được b = 2,5 (m)

θ : góc tạo bởi xylanh nâng hạ lưỡi với mặt phẳngkhung ta chọn θ = 450 ÷ 750 lấy θ = 750

θ1 = góc nghiêng của khung so với phương ngangthông thường θ1 = 10 ÷ 150 lấy θ = 150

GU – trọng lượng lưỡi ủi GU = 50 (KN)

u c

c

Sin G Cos Z

Sơ đồ tính toán khung đẩy:

XC2

YC2 Sn

Lực chưa biết là các lực ở khớp cầu A: XA , ZA, YA và các lực ở các thanh chống xiên, thanh đẩy : PE1 PE2 Như vậy lực chưa biết nhiều hơn số phương trình tĩnh định.Để giải bài toán ta cần phải có một điều kiện phụ là dưới tác dụng của ngoại lực,các thanh đẩy bị biến dạng

Coi khung đẩy và lưỡi ủi là một hệ tuyệt đối cứng dưới tác dụng của ngoại lực, góc lệch lưỡi ủi ϕ thay đổi một giá trị ∆ϕ thí điểm A1, A2 sẽ

chuyển vị ∆l, các thanh A1E1, A2E2 – Biến dạng có giá trị gần như bằng nhaunhưng ngược phía Vì các dầm có mô đun đàn hồi, diện tích tiết diện, chiều dài như nhau nên với độ biến dạng bằng nhau chị khi dưới tác dụng của các lực bằng nhau, do đó:

PE1 =PE2

Để xác định các lực tác dụng lên khung ủi ta viết các phương trình cân băng lực tác dụng lên khung ủi:

5, 7

222, 4 2329, 6 352

2,5 874, 6( )2

q - tải trọng phân bố trọng lượng

S0 - chiều dài trục tâm khung dẩy lấy gần đúng S0 = 13,8 (m)

1 0

1: LỰA CHỌN VẬT LIÊU CHẾ TẠO VÀ KÍCH

THƯỚC HÌNH HỌC CỦA KHUNG

Chọn vật liệu làm khung đẩy là thép CT6 có

[σ]b = 450 MPa =45•104 (KN/m2)

ứng với hệ số an toàn lấy n=1.2

Khung được hình thành từ những tấm thép gép

lại với nhau bằng liên kết hàn 4 góc

Kích thước của tiết diện được biểu diện như

+>chiều rộng tiết diện: a

+>chiều cao tiết diện: 4a/3

+>chiều dầy các tấm thép: a/6

Từ các kích thước đã chọn ta có thể xác định được các đặc trưng hình học mặt cắt khung

23 ( )

14 ( )

Để tính bến khung ta chỉ cần tính bền trên một số mặt cắt mà tại đó xác suất

hư hỏng là lớn nhất (mặt cắt có ứng suất lớn nhất) Ở đây do tính đối xứngcủa kết cấu khung ta chỉ cần xét 2 mặt cắt coi là nghuy hiểm nhất là mặt cắtqua D và E2

Vậy σD MAX = 376295(KN m/ 2 ) < [ ]σ = •B 45 10 ( 4 KN m/ 2 ) thoả mãn điều kiện

2 max

2 max

2 max

Vậy mặt cắt đã cho thoả mãn điều kiện bền.

CHƯƠNG V: HỆ THỐNG THUỶ LỰC ĐIỀU KHIỂN

HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY ỦI I: Hệ thống thuỷ lực của máy ủi

a) Sơ đồ hệ thống điều khiển thuỷ lực:

Hệ thống điều khiển lưỡi ủi:

16

17

18 19

9- Van điều khiển.

10- Xy lanh điều khiển

− Quá trình nâng ben:

Dầu từ thùng dầu 18, qua bơm II, van một chiều, Bộ phân phối điều khiển

12, bộ phân phối điều khiển này điều khiển van trượt để buồng bên trái của

xi lanh thông với đường dầu hồi và buồng bên phải của buồng Dầu được nối với đường ống từ bơm II Xi lanh thuỷ lực được dịch chuyển về bên trái Lưỡi ben được nâng lên

sự dao động áp suất trong đường ống chính của bơm

Cụm 9, 10, 11 hỗ trợ việc điều khiển van phân phối 12

II: Xác định đường kính xilanh:

Với máy Kômatsu, áp suất trong xilanh thuỷ lực:

n

S k D

Hành trình piston được xác định: S = l1- l2 = 2,5/sin850 ≈2,5 (m)

CHƯƠNG VI: KẾT LUẬNHiện nay, trong công cuộc HĐH-CGH, máy móc đóng góp một phần khôngnhỏ.Việc cải tiến các Máy xây dựng nói chung và Máy làm công tác đất nóiriêng để phù hợp với điều kiện của nước ta là việc làm hết sức cần thiết v v.Sau một thời gian không phải là nhiều, để tính toán thiết kế cải tiến một

cơ cấu máy, Được sự hướng sẫn nhiệt tình của thầy giáo: Vũ Văn Thinh và

Hồ Sĩ Sơn và do sự cố gắng của bản thân, sự giúp đỡ của bạn bè đã giúp emhoàn thành đồ án môn học này

Do thời gian có hạn đồng thời do khó khăn về tài liệu tham khảo, những

kiến thức thực tế còn nhiều bất cập, chủ yếu sử dụng nhũng gì được học trênnhà trường, trong khi làm đồ án không tránh khỏi những thiếu sót cũng như

những hạn chế mắc phải Em rất mong được sự chỉ bảo tận tình của thầy côgiáo cùng toàn thể các bạn sinh viên để đồ án đựơc hoàn thiện hơn nữa Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo cùng toàn thể cácbạn!

SINH VIÊN: NGUYỄN TRUNG BIÊN

Hà Nội: ngày 23 tháng 09 năm 2007